基于过渡金属/石墨烯-碳纳米管复合材料的环境激素高灵敏高选择性电化学传感体系研究

The study of the project is intended to target at Environmental Hormone(EH), which is exogenous compounds with estrogenic activity that can disturb the endocrine function of human and animal. The material basis of the study is carbon nanotubes, graphene, transition metal and its oxide. On the relationship of the property of the superficies/interface of catalysis and the chemical constitution, we employed the hydro-thermal synthesis, self-assembly and electrochemical method to devise and controllably prepare the transition metal and its oxide/graphene-carbon nanotubes nano-composites, which have good dispersion, high reaction activity, easy to chemical modification and functional property，and for the determination of EH pollutants. The study will solve the key scientific problems such as the morphology control、loading, the control of reaction kinetics based on the transition metal and its oxide/graphene-carbon nanotubes nano-composites, the geometrical factor of the adsorption site of the transition metal and its oxide, catalytic function, active site control of catalytic materials, and so on. For the important objective of increasing the limit of detection, we will study the influence of the preparation method on the physical property and electrochemical catalytic property of the composite material. We will expand the construction and preparation method of the nano-composites which has high dispersion and nanometer scale active site to the electrochemical sensors. Also we will design and prepare the new sensor system with specific construction and function for the detection of EH.

项目以环境激素（EH）即具有干扰人体与动物正常内分泌机能的外源性化学物质为目标物，以碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Gr)和具有良好催化活性的过渡金属及其氧化物等为材料，依据催化剂表面/界面的性质与化学结构间的关系，采用水热合成、自组装及电化学等方法，设计及可控制备分散性好、反应活性高、便于进行化学修饰和功能化的以适应EH类污染物测定应用的Gr-CNTs基过渡金属类复合纳米材料。研究解决Gr-CNTs复合物中二者的配比问题、过渡金属/Gr-CNTs为基础的催化材料形貌控制、负载及反应动力学的控制、过渡金属吸附位置的类型（几何因素）选择、催化功能化及活性位控制等关键科学问题。以提高侦测极限为重要目标，研究制备方法对复合材料物理及电化学催化性能的影响，拓展高分散纳米尺度活性位高的构筑与制备方法，使电化学催化剂表面赋予最适宜的活性中心，设计和建构具有特定结构和功能的EH类物质检测的新传感体系。

项目以环境激素（EH）即具有干扰人体与动物正常内分泌机能的外源性化学物质为分析测定目标物，以石墨烯(Gr)、碳纳米管(CNTs)、纳米金刚石粉末、介孔碳、类石墨烯相-C3N4(g-C3N4)等碳材料为基底，以具有良好催化活性的过渡金属为功能化材料，依据催化剂表面/界面的性质与化学结构间的关系，采用水热合成、自组装、物理研磨及电化学等方法，设计并可控制备了分散性好、反应活性高的过渡金属功能化的Gr-CNTs复合纳米材料；过渡金属功能化的PDDA-金刚石粉末复合材料；过渡金属功能化的PDDA-介孔碳复合纳米材料；过渡金属功能化g-C3N4/CNTs复合纳米材料；过渡金属功能化的纳米多孔石墨烯(NGFs)复合纳米材料。项目研究了上述复合材料中相关组成的配比问题，形貌控制，过渡金属的负载及反应动力学控制、过渡金属吸附位置的类型（几何因素）选择、催化功能化及活性位控制等关键科学问题，使电化学催化剂表面赋予最适宜的活性中心。项目以提高侦测极限为重要目标，拓展了高分散纳米尺度活性位高的复合材料的构筑与制备方法，设计并建构了具有特定结构，良好选择性、稳定性、抗干扰能力的EH类物质检测的新传感体系。同时分别用于了L-半胱氨酸，双酚A，双酚F，双酚S，雌二醇，炔雌醇等EH类污染物在水体及饲料中的直接测定。项目研究中目标物的测试均不需要对样品进行预先处理，为水体或其他体系中该类物质的快速测定提供了可能。项目的研究为环境激素类物质的电化学分析检测提供了一定的材料研究基础和电化学测试基础及方法学。项目制备的过渡金属功能化g-C3N4/CNTs及过渡金属功能化纳米多孔石墨烯复合材料具有良好的半导体性能，这些材料为环境激素类物质的光电催化降解消除提供了一定的材料基础和实验基础。后期的研究将继续对上述过渡金属等修饰后的碳基复合材料的形貌控制、负载及反应动力学控制、过渡金属吸附位置的类型（几何因素）优化及活性位控制等关键科学问题进行研究，提高复合材料的电化学催化性能及光电催化性能，分别以提高侦测极限和光电催化性能为目标，进一步拓展纳米尺度高分散高活性传感体系和光电催化降解体系的构筑和应用研究。